Avaliação topológica da estrutura Eletrônica de compostos mesoiônicos
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/tede/9009 |
Resumo: | The mesoionic compounds comprise a class of heterocycles with wide range of biological and technological applications. Despite many theoretical and experimental studies, some of their properties are still controversial or poorly understood; in particular: charge distribution, the nature of the chemical bonds in the mesoionic ring and the noncovalent interactions in mesoionic complexes. In this work, we sought to clarify these issues through the theoreticalcomputational study of 54 mesoionic compounds and 12 combinations of dimers. Compounds belonging to the 1,3-oxazol-5-one; 1,3-diazole-4-thione and 1,3-thiazole-5-thione rings have been evaluated by a combination of topological methods and charge models. Atomic, bond and ring properties and interactions in mesoionic dimers have been assessed. Results showed that the ring electron density and ring Laplacian were restricted to characteristic range of values for each group studied, which allows us the ring identification using those properties. The bond properties confirmed a prevalance of shared interactions in the mesoionic ring bonds, but with important charge transfers and significant and heterogeous π contribution. When individual atoms were considered, the different charge models exhibited similar qualitative results, but none of them agreed with existing mesoionic definitions. On the other hand, when net charges were considered in rings and fragments, the different models showed large differences and only one of them (QTAIM) agreed with one of the mesoionic definitions. Hence, it is unclear which of the charge models is the most suitable for these compounds. The assessment of mesoionic complexes revealed that interactions in dimers are favored at antiparallel orientations and in the presence of aromatic substituents, that suggests that charge separation and the groups bonded to the ring are paramount in those interactions. Finally, it is concluded that classical mesoionic models do not satisfactorily describe either the charge distribution or the π character of bonds in mesoionic rings. |
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Avaliação topológica da estrutura Eletrônica de compostos mesoiônicosCompostos mesoiônicosQTAIMELFNCIMesoionic compoundsCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAThe mesoionic compounds comprise a class of heterocycles with wide range of biological and technological applications. Despite many theoretical and experimental studies, some of their properties are still controversial or poorly understood; in particular: charge distribution, the nature of the chemical bonds in the mesoionic ring and the noncovalent interactions in mesoionic complexes. In this work, we sought to clarify these issues through the theoreticalcomputational study of 54 mesoionic compounds and 12 combinations of dimers. Compounds belonging to the 1,3-oxazol-5-one; 1,3-diazole-4-thione and 1,3-thiazole-5-thione rings have been evaluated by a combination of topological methods and charge models. Atomic, bond and ring properties and interactions in mesoionic dimers have been assessed. Results showed that the ring electron density and ring Laplacian were restricted to characteristic range of values for each group studied, which allows us the ring identification using those properties. The bond properties confirmed a prevalance of shared interactions in the mesoionic ring bonds, but with important charge transfers and significant and heterogeous π contribution. When individual atoms were considered, the different charge models exhibited similar qualitative results, but none of them agreed with existing mesoionic definitions. On the other hand, when net charges were considered in rings and fragments, the different models showed large differences and only one of them (QTAIM) agreed with one of the mesoionic definitions. Hence, it is unclear which of the charge models is the most suitable for these compounds. The assessment of mesoionic complexes revealed that interactions in dimers are favored at antiparallel orientations and in the presence of aromatic substituents, that suggests that charge separation and the groups bonded to the ring are paramount in those interactions. Finally, it is concluded that classical mesoionic models do not satisfactorily describe either the charge distribution or the π character of bonds in mesoionic rings.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESOs compostos mesoiônicos constituem uma classe de heterociclos com ampla variedade de aplicações biológicas e tecnológicas. Apesar dos vários estudos teóricos e experimentais, algumas de suas propriedades são controversas ou mal compreendidas; em particular: a distribuição de carga, a natureza das ligações químicas no anel mesoiônico e as interações não covalentes em complexos de mesoiônicos. Neste trabalho, buscou-se elucidar esses pontos através do estudo teórico-computacional de 54 compostos mesoiônicos e 12 combinações de dímeros. Compostos das classes 1,3-oxazólio-5-ona; 1,3-diazólio-4-tiona e 1,3-tiazólio-5- tiona foram avaliados através de uma combinação de métodos topológicos e modelos de carga. Propriedades atômicas, de ligação, de anel e interações em dímeros de mesoiônicos foram avaliadas. Os resultados mostraram que a densidade eletrônica e o laplaciano de anel restringiram-se a faixas de valores características para cada grupo estudado, permitindo a identificação do tipo de anel através dessas propriedades. As propriedades de ligação apontaram uma prevalência de interações compartilhadas nas ligações do anel mesoiônico, mas com importante transferência de carga e uma contribuição significativa e heterogênea de caráter π. Considerando átomos individuais, os diferentes modelos de carga apresentaram resultados qualitativos similares, mas nenhum dos modelos corroborou as definições existentes de mesoiônicos quanto à carga. Por outro lado, quando cargas líquidas de anel e de fragmentos foram consideradas, os diferentes modelos apresentaram grandes discrepâncias e apenas um deles (QTAIM) mostrou-se de acordo com uma das definições de mesoiônicos. A avaliação dos complexos de mesoiônicos revelou que as interações em dímeros são favorecidas em orientações antiparalelas e na presença de substituintes aromáticos, sugerindo que a separação de cargas e os grupos ligados ao anel são fundamentais nessas interações. Por fim, conclui-se que os modelos clássicos de mesoiônico não descrevem de forma satisfatória nem a distribuição de carga nem o caráter π das ligações dos anéis mesoiônicos.Universidade Federal da ParaíbaBrasilQuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFPBRocha, Gerd Bruno dahttp://lattes.cnpq.br/9404945858555096Anjos, Italo Curvelo dos2017-06-20T14:41:46Z2018-07-21T00:30:09Z2018-07-21T00:30:09Z2017-07-08info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfANJOS, Italo Curvelo dos. Avaliação topológica da estrutura Eletrônica de compostos mesoiônicos. 2017. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2016.https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/tede/9009porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2018-09-06T02:12:06Zoai:repositorio.ufpb.br:tede/9009Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2018-09-06T02:12:06Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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